[发明专利]基于接收波束形成的集中式MIMO雷达波形设计方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达技术领域，具体的说是一种MIMO雷达波形设计方法，用于降低集中式MIMO雷达接收回波的距离旁瓣和角度旁瓣，逼近期望的发射方向图。

背景技术

MIMO雷达是一种新兴的有源探测技术，现已成为雷达技术领域的一个研究热点。根据发射天线和接收天线的间距大小，可以将MIMO雷达分为分布式MIMO雷达和集中式MIMO雷达两类。对于集中式MIMO雷达，其特点是收发天线或阵元间距较小。与相控阵雷达相比，集中式MIMO雷达具有自由地设计每个阵元发射信号波形的能力，从而具有对空间目标更高的分辨率，对低速运动目标更好的灵敏度和对一般目标更佳的参数辨别能力。此外，集中式MIMO雷达可以更加灵活地设计发射方向图，从而使得雷达系统的工作模式非常灵活，而发射方向图的设计也是通过波形设计实现的。因此，研究集中式MIMO雷达的波形设计，具有重要的意义。

目前，对于集中式MIMO雷达波形设计的研究，主要集中于发射方向图的设计，即设计一组MIMO雷达波形以逼近期望的发射方向图。例如，首先根据期望的发射方向图，使用凸优化方法、矩阵分解方法或者半正定二次规划方法求得MIMO雷达波形的协方差矩阵，然后根据协方差矩阵使用循环算法等方法设计得到MIMO雷达波形；或者使用线性规划的方法根据期望的发射方向图直接设计得到MIMO雷达波形。但是以上方法，只考虑了逼近期望的发射方向图这一个因素，实际中，不但要求设计得到的MIMO雷达波形具有期望的发射方向图，而且要求设计得到的MIMO雷达波形能够降低集中式MIMO雷达接收回波的距离旁瓣和角度旁瓣。因此，现有方法设计得到的MIMO雷达波形导致集中式MIMO雷达接收回波具有过高的距离旁瓣和角度旁瓣，降低了集中式MIMO雷达的探测性能。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有方法的缺点，提出一种基于接收波束形成的集中式MIMO雷达波形设计方法，以降低集中式MIMO雷达接收回波的距离旁瓣和角度旁瓣，提高集中式MIMO雷达的探测性能。

实现本发明目的的技术思路是：根据最小化集中式MIMO雷达接收回波的距离旁瓣和角度旁瓣以及逼近期望的发射方向图这两个准则，以MIMO雷达波形为优化变量，使用优化算法求解得到MIMO雷达波形，其具体实现步骤包括如下：

1）根据实际的集中式MIMO雷达系统，确定集中式MIMO雷达的发射天线个数N_t和接收天线个数N_r，MIMO雷达波形的个数等于集中式MIMO雷达的发射天线个数N_t，根据实际需要，确定MIMO雷达波形的码元长度N_s；

2）根据集中式MIMO雷达实际的探测需要，确定N_θ个探测角度θ_m，m＝1,2,…,N_θ，以及N′_θ个抑制角度θ′_n，n＝1,2,…,N′_θ，进而得到N_θ个归一化的探测角频率f_m＝0.5sin(θ_m)和N′_θ个归一化的抑制角频率f′_n＝0.5sin(θ′_n)，其中，m＝1,2,…,N_θ，n＝1,2,…,N′_θ；

3）根据N_θ个探测角度θ_m，确定期望发射方向图B_p，该发射方向图B_p是一个N_b维的向量；

4）构建MIMO雷达波形优化的目标函数和约束条件：

4a）给定一个MIMO雷达波形矩阵S，根据发射天线个数N_t、接收天线个数N_r、N_θ个探测角频率、N′_θ个抑制角频率、MIMO雷达波形的个数N_t、码元长度N_s和期望发射方向图B_p，得到集中式MIMO雷达接收回波距离旁瓣和角度旁瓣的最大值D和MIMO雷达波形矩阵S的发射方向图与期望发射方向图的最大差值C：